煤化工硫回收裝置尾氣處理現狀及改造工藝分析

馮鵬波

（陜西延長石油榆林煤化有限公司，陜西 榆林 719000）

煤化工硫回收裝置尾氣處理，是提高煤化工硫回收裝置尾氣處理質量的關鍵。尤其是社會經濟以及煤化企業改革背景下，環保成為發展關注的重點。煤化企業如果想要實現可持續發展，必須有效改善企業生產過程中的環境污染問題。

1 煤化工硫回收工藝介紹

隨著我國經濟的迅速增加，煤化工對硫回收裝置規模的加大以及深度的不斷加深，同時環保的要求不斷嚴格，國家統一制定標準要求尾氣排放量越來越低、濃度也越來越低。隨著煤化廠裝置設備不斷向大型化、自動化發展，因此對于尾氣處理裝置成了必須具備的工藝流程。克勞斯硫回收工藝是應用最廣泛的工藝技術之一，在實際應用中不需要過于復雜的操作，沒有過高的投資，并且操作工藝非常成熟，所以是最常見的選擇。

1.1 克勞斯還原吸收工藝分析

克勞斯還原吸收工藝的應用，以克勞斯工藝為前提，及時引酸性氣體進入到燃燒爐，如此轉換酸性氣體中的H2S，經過有效燃燒生成SO2，隨后兩種氣體均進入到克勞斯反應器中，經過有效的氧化還原處理，對混合氣體進行催化，及時將硫分離出來，最后尾氣處理裝置及時將尾氣有效處理。因為尾氣吸收存在多種方法，所以需要結合實際情況妥善選擇吸收方法［1］。

其中物理吸收方法主要通過溶劑完成加氫還原，亦或是將物理吸收與化學吸收有效融合，及時得到H2S尾氣。隨后應用富液對尾氣再次處理，引入到再生塔，經過有效的再生循環，提高H2S氣體濃度，將其裝置到硫回收裝置上游。燃燒反應作用下，得到單質硫，隨后再進行克勞斯反應，提升單質硫純度。最后獲得的單質硫，還要進行凈化處理，含量約在300×10-6。這種混合方法根據對總硫回收調查，回收率約為99.8%，效果非常理想，尤其是應用在甲基二乙醇胺吸收劑基礎上［2］。

所謂化學吸收法，主要包括絡合鐵法以及ADA法。其中ADA法的應用最為常見，選擇碳酸鈉稀堿液為主要的氧化介質，并且添加適量的蒽醌二磺酸鈉催化劑，通過氧化反應直接獲取硫磺。絡合鐵法的應用，則通過對H2S的轉化，以螯合鐵溶液獲取其中的單質硫。除此之外還包括栲膠法，主要介質為栲膠溶液，轉變H2S獲取到硫磺。

克勞斯還原吸收工藝在實際應用中不僅具有超強適應性，并且操作相對較為簡潔靈活。雖然在實際應用中會遇到前部分出現異常反應的情況，但是依然不會影響到催化劑效果發揮，不會受到硫回收率變化而影響到最終的效果。通過物理與化學反應法為尾氣吸收創造屏障，確保含硫污染物得不到有效控制，硫回收率得到保證的同時，尾氣吸收效果良好。

1.2 低溫克勞斯工藝

低溫克勞斯工藝主要依據放熱反應的可逆性為基礎，將反應溫度適當降低，以此對硫轉化率加以平衡。當然溫度與反應速度成正比，如果溫度降低，則需要注意反應速度，以適當調整確保工藝流程順利進行。催化劑是調整溫度與速度的最佳選擇。低溫克勞斯工藝主要是通過對硫的氧化，加上氣相催化處理，將其調整為單質硫。硫回收裝置的應用，及時將溫度調整為220℃，隨后引導酸性氣體進入其中，并且提前對硫回收裝置中的空氣預熱，經過混合處理全部輸送至低溫克勞斯反應器中，這個過程中H2S經過在不斷氧化。提前在系統中增加冷卻調節反應器，并且控制硫的露點必須低于反應器出口溫度，如此為鍋爐給水提供參考，并且及時傳遞反應熱，經過冷凝器將酸性氣體中的硫析出。

整個過程都需要克勞斯催化劑，以常規種類為主。硫回收率在94%～98%，回收效果比較理想。相較于克勞斯還原吸收工藝，硫回收率較低，但是在投資費用以及空間等方面占有突出優勢。經過不斷研究，低溫克勞斯工藝不斷升級，尤其是最新的低溫克勞斯-SDP硫回收工藝，將回收率提升至99.2%。當然實際應用中也存在一些不足，任何環節都不能出現偏離，一旦出現偏離將會直接影響到硫回收率。

1.3 克勞斯催化氧化工藝

克勞斯催化氧化工藝主要以克勞斯常規硫回收處理基礎上，及時應用專門制作的催化劑對尾氣進行催化，這個過程需要結合實際情況有效選擇，以此達到總硫回收率提高的目的。當前應用形式最多的便是超級克勞斯工藝，利用氧化催化劑，選擇性的氧化酸性氣體，整個氧化過程反應率達到85%，并且不會在氧化過程中產生水或者二氧化硫，主要氧化物為單質硫，硫回收率至少為99%。

超級克勞斯工藝應用期間，會根據工藝運行需要，安裝選擇性的催化劑裝置在第二個反應器位置，通過對二氧化硫的有效轉化，得到單質硫，并且降低二氧化硫含量。不僅如此，最后一個反應器同樣會安裝催化劑，轉變H2S為單質硫，整體的反應率雖然相較于其他方法較低，但是一旦能夠達到85%，硫回收率為99%。

2 煤化工硫回收工藝改造

煤化工硫回收工藝改造，必須對煤化工酸性氣體充分掌握。酸性氣體相對來講成分復雜，包括烴類以及氨類、有機硫之外，還存在一些雜質，比如COS、CH3OH等。加上酸性氣體本身就屬于低濃度、氣量小類型，因此需要對硫回收工藝進行有效改造。因為當前超級克勞斯工藝應用相對比較多，受到生態環境建設以及國家 《石油煉制工業污染物排放標準》 （GB31570-2015）等的影響，必須對超級克勞斯工藝進行調整，確保其能夠達到排放限值標準。具體改造主要包括如下方面：

2.1 克勞斯脫硫裝置改造完善

克勞斯脫硫工藝，主要根據對二氧化硫排放值的調整為基準，尤其是煤化工企業中的鍋爐尾氣，要求必須控制到100mg／m3。這期間加入尾氣焚燒爐、廢熱鍋爐、超微顆粒鈣脫硫工藝，尾氣焚燒爐主要以有機廢氣熱力氧化焚燒爐形式為主，及時對脫硫處理中的受到高溫破壞，有機物轉變成的無機物進行吸收，有效降低尾氣排放值，最多可達到50mg／m3。根據這種變化值及時進行硫回收工藝對比，并且將基礎克勞斯脫硫工藝進行科學改造。結合對可燃物燃燒機理的分析研究，嚴格按照燃燒“3T”要求，應用超微顆粒脫硫工藝保證空氣混合度、停留時間、燃燒溫度達到規定標準。焚燒爐中的廢氣主要通過阻火器進行傳輸，克勞斯脫硫裝置中廢液罐空間進行擴大調整，待廢氣進入至焚燒爐廢液罐，霧化泵及時進行加壓調整，隨后廢液噴槍會立即進入焚燒爐，結合對黏度的分析，及時進行廢液脫硫處理。改造之后的脫硫工藝，提前將為其進行焚燒，隨后利用余熱實現增壓，余熱必須做到回收及時。待增壓完畢及時將處理過的尾氣輸入至吸收塔，并且及時進行洗滌降溫處理，將其中的二氧化硫充分吸收，隨即完成除霧處理。此環節結束后，將處理完畢的尾氣引入到硫回收裝置的塔頂，通過煙囪及時排放。

2.2 零排放處理技術

當前我國先進的煤化工設備凈化系統主要應用低溫甲醇洗技術，這種方法會較為快速的清除尾氣中的二氧化碳、硫化氫等酸性氣體，通過濃縮處理后確保酸性氣體提濃20%至35%。將克勞斯處理尾氣中存在的硫化氫與二氧化硫尾氣進行加氫反應處理，確保有機硫與二氧化碳轉變為硫化氫，接著利用加壓風機處理后傳輸至低溫甲醇洗系統，通過低壓閃蒸塔的無硫甲醇吸收所有硫化氫物質，這時就可真正的實現硫化氫零排放。

3 改造技術方案對比

3.1 設備與投資

克勞斯新型脫硫技術需使用的基礎設備為尾氣焚燒爐、廢熱鍋爐、超微顆粒鈣脫硫工藝，設備的投資為1800萬元左右。零排放處理技術需要的設備為尾氣洗滌塔、冷卻設備、尾氣加氫反應器加壓風機等，設備的投資約2400萬元。通過對比可以發現，使用零排放處理技術時，需要針對尾氣進行加氫還原、洗滌、加壓等處理后才可傳輸至低溫甲醛洗系統，技術流程相對較長，需要使用換熱器等設備，也在一定程度上提高了投資費用。克勞斯新型超微顆粒鈣脫硫工藝與零排放處理技術都不會出現三廢排放。

3.2 操作資金

應用克勞斯新型超微顆粒鈣脫硫工藝時，需通尾氣焚燒爐、廢熱鍋爐對二氧化硫進行焚燒、吸收處理，并將洗滌與吸收后的硫酸銨煙氣傳送至脫硫設備進行科學處理。由于煙氣中二氧化硫濃度相對較小，催化劑的使用也較少，這就使得操作資金較少。應用零排放處理技術時，加氫程序需使用的燃料氣體量較高，同時處理尾氣時還需要將溫度降至-15℃，之后才可傳輸至低溫甲醇洗系統中，這就導致操作資金相對較高。

4 結語

綜上所述，通過對煤化工企業硫回收裝置與處理工藝的優化改造，結合當前煤化工硫回收裝置尾氣處理現狀分析，硫回收工藝研究，及時對硫回收工藝進行升級優化。以克勞斯硫回收工藝為基礎升級更多硫回收工藝，提高硫回收率。增加硫磺生產量，為煤化工企業未來發展創造更有利的條件，并且帶來更多經濟利潤。硫回收技術的進步是煤化廠可持續發展的重要保證，因此對硫回收方面的研究以及總結操作經驗就顯得非常重要。